天生异能为我用:走进逆向工程的军事仿生技术

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【解读军事仿生技术③】

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我们知道,达芬奇曾靠着解剖学研究飞鸟结构,摸到了航空科学的大门。但限于当时研究手段和工程科学的落后,达芬奇无法进一步探明奥秘。而在几百年间,人类研究事物的工具和理论得到了飞跃式发展,不仅能够“看得更小”,透彻微观领域,还能运用多种工具来探寻可见光够不着的角落。

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有这样的工具在手,人类也终于可以弄懂生物细节里的奥秘,继而把它们变为战争机器里的新齿轮,这样的进步是好是坏,或许也没人能够说得清了。

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图为SR-71侦察机,以及穿着抗荷服的飞行员。(来源:Eric Schulzinger)

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更高、更快、更强:你需要这件长颈鹿抗荷服

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在克服了颤振、面积律等拦路虎之后,人类正式进入音速时代。但这并不代表飞得更快的道路就畅通无阻——通常意义上的超音速飞机要想飞上天,飞行员也是不可或缺的一环。

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问题就出在这一环上。飞机飞得越快,变更方向时飞行员身上受到的惯性过载就越大。在超音速战斗机上,飞行员拉一个弯可能就要承受5个G(五倍重力)的过载。

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这是个啥概念?刺激一点的过山车短时间过载也就3-4个G水平,而这就已经足以让普通人“哭爹喊娘”,更何况飞行员受到的过载“持续且均衡”,这已经到了影响身体机能、思考速度,甚至是让飞行员短时间失去知觉的地步了。

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为什么会这样?当然是过载让血液的循环流转无法如往常进行。那……自然界有没有类似的例子?

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当然有。脖子高高的长颈鹿便坐拥“稳定血压”的能力。按照常理来说,长颈鹿那高高在上的脑袋,需要较高的血压才能维持血液循环,但是它又能够俯仰自如地低头喝水,似乎不受血压影响?

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随着解剖学进展到毛细血管层面,这个问题得到了解答。通过肌肉收缩,长颈鹿得以向自己的腿部施加压力,以此保证脑部的血液供应——而这一招自然是被迅速地应用到航空航天领域,制成了能保证飞行员上半身供血的“抗荷服”。

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苍耳子面前,纽扣拉链,统统下岗:遍布海陆空的神奇魔术贴

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图为一种使用魔术贴固定的快拔枪套。(来源:alien gear holsters)

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拉链出现之前,纽扣和绳结,是军服装具固定的两大流派,但就是谁也取代不了谁——纽扣方便,但易掉落,易丢失;绳结随手可得,但捆扎不易。

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第一次世界大战末出现的拉链,看似是已经“一统江湖”,但其实并没有。一方面拉链本身的制造就需要耗费相当工时,另一面拉链在使用过程中也要温柔待之,维护和检查必不可少,不能随意水洗,还可能生锈。

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所以说到底,有没有像胶水一样,甚至比胶水还方便,放上就粘,扯开就分的固定神器?

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就在工程师们潜心发掘,绞尽脑汁,几乎就要放弃之时,一种被称为“魔术贴”(亦称维可牢)的搭扣带横空出世,它真正实现了放上就粘,扯开就分,重量还异常轻薄。

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说到底,大自然并不是没给过人类启示。发明魔术贴的瑞士工程师也是一名登山爱好者,他不过是拿着显微镜,对着粘在自己衣裤上的苍耳子(球形果实)仔细观察,然后在塑料上复现了这些植物表面的钩状结构,“魔术贴”就此诞生。

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说到这里,我们仍不得不感叹大自然花费数百万年“设计”的构型,实在是过于完美:时至今日,魔术贴依旧是一线士兵、执法人员以及飞行员、宇航员们衣装上的必备部分,怎么形容其重要性都不为过。

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有光、有热、赛过太阳:小虾钳子奥秘仍待解明

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图为美国海军电子实验室对“枪虾噪音”的研究报告封面。(来源:Science Adcances)

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早在二战中后期,刚部署主动声呐的盟军反潜专家们就发现到了一个问题:声呐耳机里总是会传来一些莫名其妙的响声,甚至能比水下的爆炸更尖锐干脆。

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由于人类对深海环境研究手段的缺乏,这个奥秘一直到二十年后才揭开一幕:一种被称为“枪虾”的小虾拥有巨大的单边“虾钳”,正是这块不足拇指大小的钳子,在水下制造出了巨大的动静。

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而随着研究的深入,科学家们难免对传感器、高速摄影机等设备导出的结论感到震惊。枪虾制造出的不是“声音”,而是挤压海水和空气制成的空化泡,这些空化泡内部最高温能达到数千摄氏度,还能从其中辐射“发光”,产生光子,即所谓的“虾光现象”。

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现如今,虾光现象的奥秘已被3D扫描完全还原,用于演示原理的机械装置也早就诞生,而人类显然要比利用虾钳捕猎的小虾,要走得更远更远:空化泡退可统治水下武器行列,进甚至可用于约束核聚变,其奇特远远未到被解明的地步。

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SR-71侦察机:原本作为拦截轰炸机的截击机研发。其飞行员是否能承受极端环境,成为了SR-71研发过程中一个不小的障碍,最终SR-71的飞行员标配宇航级抗荷服,唯有如此才能对抗三倍音速带来的过载,以及三万米高空的低气压。

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军事小词典

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魔术贴:基于仿生原理和聚合物工程技术研发的连接料。现时点大量应用于军服附件、武器附件、以及标识物的连接,在航天领域中也多有体现。

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主动声呐:二战末期诞生的反潜装备。较被动声呐多出一副特定的声波发生机,探测范围和精度都有显著提升。

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出品:科普中国军事科技前沿

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策划:赵清建

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制作:旋钮工作室

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监制:光明网科普事业部

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来源: 科普中国-军事科技前沿

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曙光行动
活跃在4 天前
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